美國開(kāi)發(fā)新型光纖技術(shù) 改善監測結構能力

　　Iccsz訊 美國弗吉尼亞州的弗吉尼亞理工大學(xué)光學(xué)技術(shù)中心的研究人員開(kāi)發(fā)出一種新型光纖技術(shù)，這種技術(shù)將有望改善極端條件下監測結構的能力。具體而言，新的系統被設計為能夠傳感一些環(huán)境因素，如在結構中的應變、溫度和變形，以及結構外觀(guān)上的裂紋。

　　“光纖組件已被證明可以在非常高的溫度下進(jìn)行可靠工作，由于光纖材料是由簡(jiǎn)單石英纖維構成，”該論文的第一作者研究生胡晨楠解釋說(shuō)道。“這種光纖技術(shù)的發(fā)展將大大提高關(guān)鍵基礎設施在惡劣環(huán)境下進(jìn)行結構健康狀況的監測工作，如現代過(guò)熱器或核電站。它將有助于確保發(fā)電廠(chǎng)的連續運行，并有助于防止可能發(fā)生的結構性故障，防止出現災難性后果。”

　　據悉，該系統采用兩個(gè)光纖串行連接多個(gè)光纖無(wú)損傳感探測單元，并把傳感單元附在結構的表面進(jìn)行傳感監測。每個(gè)感測元件包括一個(gè)發(fā)聲單元，位于一個(gè)光纖電纜內，和一個(gè)聲檢測單元，也在一個(gè)光纖外殼內。

　　當由光纖傳輸的激光脈沖激勵時(shí)，聲音產(chǎn)生單元會(huì )產(chǎn)生在結構中傳播的聲振動(dòng)波。這些振動(dòng)是由聲探測單元接收的，一種稱(chēng)為光纖布拉格光柵(光纖光柵)的裝置，它形成結構的聲學(xué)特征。此外，光纖光柵還提供了結構的應變和溫度的信息。

　　“通過(guò)分析結構的聲波標記圖和從光纖光柵獲得的附加信息特征，我們可以同時(shí)監視多個(gè)環(huán)境參數，”胡解釋說(shuō)。這是建立2009年發(fā)表在《光學(xué)快報》上的一篇論文的理論之上的。

　　在該論文中所描述的研究中，溫度、應變和厚度的變化，和一個(gè)人工產(chǎn)生的裂紋的外觀(guān)，在一個(gè)鋁塊上進(jìn)行了監測實(shí)驗。該文件并沒(méi)有證明在高溫下的監測，“但我們相信，該系統可以在高溫下工作，即把低溫環(huán)氧樹(shù)脂取代為高溫膠粘劑，我們已經(jīng)獲得了有前途的高溫監測結果，”胡說(shuō)。

　　研究人員說(shuō)，分布式傳感系統的一個(gè)可能的應用是在所謂的P91鋼管的外表面，這種鋼管廣泛應用于電力行業(yè)。

　　“這些管道通常用于傳輸腐蝕性的高溫、高壓蒸汽，”胡解釋說(shuō)。然而，這些管道和其他關(guān)鍵材料的完整性，在發(fā)電系統中可能會(huì )惡化，并隨著(zhù)時(shí)間的推移，惡化率可能會(huì )迅速回升，因為系統的工作溫度被推高，所以這些材料的監測變得更加重要。”

　　該傳感器系統也可以用于一架飛機上，以監測在燃氣渦輪發(fā)動(dòng)機或其他關(guān)鍵部件的多點(diǎn)結構的健康，研究人員說(shuō)。

　　接下來(lái)，團隊計劃開(kāi)發(fā)一個(gè)緊湊和強大的傳感器系統，并在一個(gè)真正的發(fā)電廠(chǎng)進(jìn)行現場(chǎng)的實(shí)驗測試，以適應其商業(yè)用途。